Laser bringen Metalle auf Hochglanz

Mediendienst / 1.11.2009

Metalloberflächen zu polieren ist eine anspruchsvolle, aber monotone Aufgabe, für die sich nur schwer geeignete Nachwuchskräfte finden. Poliermaschinen sind keine Alternative zur Handarbeit – sie kommen an viele Flächen nicht heran. Eine Lösung: Laser polieren das Metall.

© Foto Fraunhofer ILT

Metallene Form für die Glasherstellung: Die Form ist im unteren Teil unbearbeitet, im oberen laserpoliert. Rechts ist das Produkt zu sehen, das mit einer solchen Form hergestellt werden kann.

Arbeitsplätze sind begehrt. Manche Branchen allerdings tun sich schwer, Nachwuchskräfte zu finden: so etwa bei Facharbeitern, die Spritzgussformen polieren. Die Arbeit ist zeitaufwändig und eintönig, erfordert aber dennoch höchste Konzentration. Denn ist erst eine Macke in der Form, ist sie wertlos. Eine einzige Metallform zu polieren, kostet die Fachkräfte oft eine ganze Woche. Maschinen für diese unbeliebte Arbeit einzusetzen, war bisher keine Alternative: Sie kommen an die häufig nach innen gewölbten Formen nicht heran.

Forscher am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen haben eine Möglichkeit entwickelt, die Polierarbeiten zu automatisieren: »Wir polieren die Oberfläche nicht manuell mit Schleif- und Poliermitteln, sondern mit einem Laser«, sagt Dr.-Ing. Edgar Willenborg, Gruppenleiter am ILT. »Der Laserstrahl schmilzt die Oberfläche etwa 50 bis 100 Mikrometer tief an. Die Oberflächenspannung sorgt dafür, dass das flüssige Metall gleichmäßig verläuft und geglättet erstarrt.« Wie beim herkömmlichen Schleifen und Polieren werden diese Prozesse immer feiner: Im ersten Schritt schmelzen die Forscher etwa 100 Mikrometer der Oberfläche an, in weiteren Schritten schmelzen sie sie immer weniger tief. »Diese Umschmelztiefe können wir durch verschiedene Parameter einstellen: durch die Laserleistung, durch die Geschwindigkeit, mit der der Laser über die Oberfläche fährt, und durch die Länge der jeweiligen Laserpulse«, sagt Willenborg. Beim Laserpolieren wird die Oberfläche zwar noch nicht so glatt wie bei perfekter Handarbeit – während Handpolierer eine Rauheit Ra von 5 Nanometern erreichen können, schafft der Laser derzeit eine von 50 Nanometern – dennoch sieht Willenborg einen großen Markt. »Wir wollen vor allem die mittleren Qualitäten automatisieren: 50 Nanometer Rauheit reicht für viele Anwendungen und für die Formen für Standard-Kunststoffteile aus.« Der Highend-Bereich dagegen soll weiterhin Handarbeit bleiben.

Der Zeitgewinn durch das Laserpolieren und die damit verbundene Kostenersparnis sind enorm: Während ein Facharbeiter per Hand etwa 10 bis 30 Minuten pro Quadratzentimeter braucht, schafft der Laser die gleiche Fläche in etwa einer Minute. Einen Prototypen der Laserpoliermaschine gibt es bereits, die Wissenschaftler haben ihn mit der Maschinenfabrik Arnold entwickelt. In ein bis zwei Jahren, schätzt Willenborg, ist das System einsatzbereit. Auf der Messe Euromold vom 2. bis 5. Dezember in Frankfurt zeigen die Forscher Beispiele für laserpolierte dreidimensionale Oberflächen (Halle 8, Stand M114).